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行业动态
谢耀坚:科技创新引领中国桉树研究和产业迅猛发展
发布时间:2021-06-17 作者:国检中心

       1978年6月,邓小平同志根据当代科学技术发展的趋势和现状,在全国科学大会上提出了“科学技术是第一生产力”的论断。随着1978年全国科学大会的召开,科学春天的阳光普照大地,也给桉树事业带来光明。同时国家开始重新编制科技攻关计划,桉树研究也正式走进国家攻关的行列。接着,中国和澳大利亚开启桉树国际合作项目,对桉树研究起到了积极推动作用。几十年来,我国桉树人工林及其产业的迅猛发展,正是得益于桉树科学研究和技术推广的巨大成就,因此说,科技创新引领中国桉树研究和产业迅猛发展。

一、种质资源及育种研究,为桉树大发展提供了良种保障

经调查,桉树核心育种资源包括:尾叶桉、巨桉、细叶桉、赤桉、粗皮桉等5个树种、166个种源、2424个家系,保存植株10000余棵。这些基因资源主要分布在广西、广东2省(区),共19个试验林,总面积1680余亩。

自“九五”以来,经桉树中心、广西林科院、东门林场等多家单位联合研究,在桉树良种创制方面取得重大突破。一是建立了桉树可持续良种创制技术体系,本着适地适树和速生丰产的原则,20多年来,经引进、测定和筛选,在我国建立了含105个桉树种、612个种源、4837个家系的第1代、第2代的桉树种质资源库;在此基础上,进行桉树“有性改良、无性利用”,应用高效定向杂交育种、无性系育种等技术,获得杂交子代2232个,经过子代测定和中试,选育创制高产优质桉树良种70个,覆盖了全国90%的桉树主产区,桉树良种使用率达到90%以上。桉树良种的广泛应用,使桉树生长速率由20年前的0.3立方米/年/亩提高到现在的1.5~2.0立方米/年/亩,提高了整整4倍!

(一)桉树纤维材良种的选育

经大规模多树种、种间杂交种测定,发现尾叶桉与巨桉杂交种的速生性、木材品质优势突出、易于无性系繁殖,确定其为最重要树种。并形成良种选育的标准程序:对优良杂交种进行高强度筛选,获得优异个体后进行无性繁殖,通过无性系测定得到供生产推广的品种。获得的主要优良无性系包括:尾叶桉×巨桉的DH32和DH33等系列,其主要特点为:生物量大、纤维含量高、适应性强等;其中,DH32-29 等16个品种获认定为良种,生长量比“十一五”期间传统品种高20%以上,并在广东、广西、海南、福建、云南、四川等地区得到广泛推广和应用,产生了巨大的经济效益。

(二)桉树胶合板材良种的选育

在纤维材选育的基础上,进行了胶合板主要选育性状的研究,确定了材积、树干形质、木材特性等为核心性状,形成了桉树胶合板材评价及选择技术体系。经品种特性测定,确定了以尾叶桉×粗皮桉、尾叶桉×赤桉等为重点的优良种间杂交组合。经过综合评价,选育出18 个胶合板利用方向的良种和新品种(审定),主要包括:EC1、EC34、LL11和LL9,特点为:速生、树干通直圆满、木材颜色美观、自然整枝留痕小等;这些无性系5-6 年生年材积生长量在25-30m3/hm2、单板出材率提高8%-12%,单位面积木材产值提高12.6%-16.8%,提高了桉树木材的价值。针对广东、广西和福建等沿海省区台风多发的特点,为保障桉树木材产量稳定,研究建立了1 套林木抗风评价指标体系,筛选出抗风能力较强的赤桉家系4 个,尾细桉无性系1 个。鉴于台风过后桉树病害频发的特点,通过致病力测试明确了桉树无性系抗焦枯病的强弱顺序为:G1 > OC14 > EC153 > EC152> W5 > U6 > EC155 >K31 > DH32-22 > DH32-29,并获得了尾邓桉、尾边桉和尾柳桉3个抗病新品种。

(三)桉树实木材优良品种的选育

通过对桉树已有基因资源、珍贵用材树种项目新引进材料的研究,确定了木材基本密度、材积、端裂指数、生长应变为影响桉树实木利用价值的主要性状;选定:粗皮桉、柳桉、大花序桉、托里桉、赤桉等5 个树种为实木材重点树种,已选育出大花序桉优良品种7 个;优良品种的年生长量从10 m3/hm2提高到23m3/hm2,生长量提高了1.3 倍。

二、良种快繁技术为桉树装上飞速发展的翅膀

(一)桉树良种矮化育种园技术

通过嫁接、物理修剪和化学药控等手段使母树矮化、并促进开花;同时使用超低温花粉贮藏和快速花粉解冻技术,及AIP一步授粉方法建立了桉树良种矮化育种技术体系。目前,矮化育种园的主要母树有尾叶桉、粗皮桉、赤桉、细叶桉、巨桉等,每年实施桉树杂交组合200多个。主要技术创新包括:(1)将15米以上的母树矮化为3米左右,大大提高控制授粉的可操作性,解决了高空授粉危险作业问题,提高了授粉效率,矮化的母树操作成本降低80%。(2)采用超低温(-70℃)真空干燥花粉贮藏和38℃水浴3 分钟解冻花粉技术解决了杂交制种花期不遇的问题。(3)采用AIP一步授粉法,省去了“去雄、套袋、隔离、授粉和解袋”繁琐步骤,座果率比传统方法提高20%,有效种子数提高48%。Ⅳ、缩短了育种时间。经过矮化处理后,育种时间由原来5~7 年缩短到1.5~3 年,大大提高了杂交制种效率,便于优良品种的快速生产。

(二)桉树茎段基部微创处理促根技术

与早期桉树组培技术的生根率低、污染率高、不稳定等问题相比,相关科研项目形成了桉树组培茎段基部微创处理促根技术,单株平均生根数达9.2条,比国内外水平提高一倍,生根率达98.5%;根强苗壮,移栽成活率达95%,育苗周期缩短1/3。茎段微创处理技术实现了茎段下部人工可控全方位生根,彻底解决了桉树组培苗根量少、偏根且造林后易倒伏等共性问题。研究人员在良种提纯复壮、培养基配方优化、组培工艺改进等方面取得重大突破,2005年后,中国开始大规模产业化推广应用,至“十二五”时期,全国桉树组培苗生产推广应用率达到90%以上,每年桉树组培苗生产达到10 亿株,使中国桉树的组培技术居世界领先水平。

(三)桉树轻型基质环保育苗新技术

针对桉树传统育苗过程中存在的塑料袋(管)装填黄心土带来的环境破坏、塑料污染、根系发育不良、苗木抗逆能力弱、运输不便、造林保存率低等问题,桉树中心研究出一整套环保育苗新技术,包括3项核心技术:有机基质加工技术、可降解育苗容器和平衡根系培育等关键技术。其中,有机基质加工技术是利用中国南方农林业植物性废弃物甘蔗渣、树皮、稻壳等,通过筛选高效微生物菌剂加速与控制废弃物的有效性和目标性分解加工成有机基质;环保可降解育苗容器是利用无纺布或废纸浆制作育苗容器;平衡根系培育技术是通过育苗容器的改造和水肥科学管理来实现。应用该技术形成标准化生产,促进苗木根系增加20%以上,苗木出圃率和造林成活率提高10%以上。桉树苗木产业实现了从利用泥土育苗到利用农林废弃物环保基质育苗的技术和产业升级,产品综合成本降低30%,效益提高46%,且成果的推广应用有利于农林业植物性废弃物的高效利用。

三、定向培育技术为桉树发展保驾护航

(一)短周期桉树纤维材培育技术

针对尾巨桉、尾叶桉的无性系DH32-29、GL9、新桉1号、2号等生长快、轮伐期短、纸浆得率高的特点,重点研究了栽植密度和施肥技术对于桉树纤维材生长影响,并结合相关效益分析确定最佳轮伐期。在栽植密度方面,不同立地条件桉树纸浆材最佳栽植密度为1200~2200株/hm2,并从数量成熟考虑,确定最佳轮伐期在5.5~6.8年;从经济收益角度考虑,确定最佳轮伐期在5~7年,内部收益率在21.6%~24.8%。在施肥技术方面,研究人员依据气候、立地土壤和桉树特性不同,制定了《桉树有机、无机复混肥》的标准,采用平衡施肥技术并利用造纸废料、农家废料等材料中木素对于养分元素的吸附作用研制了1种环保有机桉树专用肥,与传统施肥方式和普通复合肥料相比,肥料控释时间延长2个月,N、P和K的利用率分别提高43.18%、41.71%和20.42%,蓄积生长量较对照提高8.4%-15.6%。在栽培技术集成模式方面,利用8个参数组成的全林模型,描述了桉树全林分总量及平均单株木的生长过程,模拟出桉树生长过程,为国内首创,并开发出“基于GIS的林业信息管理系统”软件,实现了人工林的经济、生态、社会目标经营,优化了集约培育模式,使单位面积的林地总产值提高10%~20%。

(二)中长周期桉树胶合板材培育技术

针对尾粗桉、尾赤桉、尾细桉等系列无性系EC1、EC34、LL11和LL9等分枝数量较少、单板出材率高、适合于桉树胶合板用材的特点,一是重点研究了立地质量评价,编制了相应的立地指数表,并确定了桉树中大径材培育的立地指数不应低于22;二是密度调控技术,确定种植密度、疏伐时间和强度,优化胶合板材培育密度为3.5m×3m和2.5m×3m;根据植株树冠结构、分枝习性,在2-4年生间进行修枝,减小生长应力,提高产量,最终修枝至树茎处6cm,能提高单位面积胶合板材价值11%-17%;三是在造林模式方面,提出了保留采伐剩余物、伐根催腐免炼山、低强度整地及扩坎抚育等地力维持技术,较传统模式成本投入降低30.3%;0-60cm 土壤中有机质损失降低20%,土壤侵蚀量降低40%,减少了水土流失,对维持地力具有良好效果;四是采用解析结构模型,测算出关键技术措施对于胸径、树高和材积生长的贡献率,形成了优良无性系筛选、科学密度管理、测土配方平衡施肥等桉树速生中大径材培育集成技术,提出了胶合板材最佳培育模式,使胶合板材培育周期缩至9年左右,平均胸径提高到16cm,相应的胶合板材经营的经济效益提高16%-24%。

(三)桉树实木用材培育技术

针对大花序桉、托里桉、粗皮桉、柳桉、赤桉等优良品种的木材基本密度大、结构致密、纹理通直、密度均匀但生长相对缓慢等特点,提出了桉树大径材培育标准:大径级的小头直径范围定义为22cm以上,根据解析木计算大径材出材率与平均直径的关系,算出当林分平均胸径达到18.4cm以上时,能够满足桉树大径材培育目标。基于此,确定桉树实木用大径材立地标准为:海拔500m以下,立地为I、II类地,土层大于80cm,肥沃疏松、水气通透性良好;立地指数24以上,初植密度以500-800株/hm2为佳,采伐期为15年以上。科技人员重点研究了培育措施中施肥和修枝对桉树实木材材性指标,如木材端面和弦面硬度、抗弯强度、弹性模量、干缩率、皱缩率、基本密度等的影响,引导桉树培育技术标靶从单一表型(重材积)向目标选择型转变,促进了桉树人工林培育产品结构的多元化调整。依据树种、无性系及立地条件的不同,利用8个参数组成的全林模型,模拟出立地指数为24的3种速生大径材培育模式。

四、病虫害防控为桉树提供健康保障

中国桉树病害主要包括由细菌Ralstonia solanacearum引起的青枯病,由Teratosphaeria zuluensis, Botryosphaeriaceae,Cryphonectriaceae和Ceratocystis等引起的茎干溃疡病,由Calonectria species,Quambalaria species,Mycosphaerellaceae和Teratosphaeriaceae引起的焦枯病等叶部病害。中国桉树主要害虫包括食叶性害虫,如Buzura suppressaria,钻柱性害虫,如Leptocybe invasa和Endoclytasignifier,地下害虫,如Odontotermes formosanus等。

我国桉树病虫害的发生有日益严重的趋势。近年来,桉树中心森林健康研究团队借助现代分子生物学手段,对致病菌及害虫的多基因序列进行了系统分析,加上传统的形态学比较,对我国桉树的主要病原和害虫进行了准确的分类定位。前期研究表明引起中国桉树重大病害的一些病原菌在中国的物种多样性和种群多样性很高,说明这些病原菌在中国桉树分布区域与桉树已经进行长期互作,某些病原菌可能起源于中国。我国对桉树病虫害的发生和发展进行及时监测和预警,并有针对性的采用物理、化学、生物和选育抗性品系的方法进行了防控。例如采用高效杀虫剂,有效的控制了虫害的蔓延。对由Botryosphaeriaceae, Cryphonectriaceae引起的茎干溃疡病,由Calonectria引起的叶部病害测试了不同无性系的抗病性,测试了不同桉树树种/无性系对Leptocybeinvasa的抗性,研究表明不同桉树遗传材料的抗病性和抗虫性存在显著差异。以选择抗性遗传材料为基础,并有针对性的制定综合防控措施是中国未来桉树病虫害防控研究的重点。

五、制浆造纸、木材加工和林副产品技术促使桉树产业升级换代

在桉木制浆造纸方面,中国林科院林化所团队取得技术突破,一是开发了国产双螺杆挤压机对桉木木片进行强化预浸渍关键技术,二是利用国产双螺杆挤压机特殊的结构设计,可以在挤压木片的同时实现药液的均匀混合和漂白效果,大大降低磨浆总电能消耗和改善纸浆质量,实现节能10%~30%的效果。

在胶合板加工工艺方面,中国林科院木材所相关团队通过解决无卡轴旋切设备进行小径桉木单板旋切的关键技术问题,使得原木旋切剩余直径由原来单卡剩余直径150 mm缩小到30 mm,提高了出材率,提高小径木材利用效率。通过对现有单板干燥设备及工艺进行技术改造,开发出适合桉木单板干燥的工艺及热能回收系统,提高能源利用效率。用4.5、6.0 mm厚速生桉木单板为原料,制备单板层积材,在涂胶量为200 g/m2时,层积材的各项强度指标均能达到国标要求。利用磷氮硼复合阻燃剂处理桉木和杨木单板,检测其物理力学性能和阻燃性能,结果表明桉木阻燃胶合板的抗弯性能及阻燃性能更优。

桉树天然产物应用开发前景无限,桉树研究中心和华南农业大学相关团队的最新研究解决了高含量桉叶精油、桉多酚植物资源筛选的关键问题,优化了其最佳提取工艺,鉴定了桉叶精油中主要抗氧化性物质,对强抗氧化桉多酚的抗氧化和抗衰老活性进行了抗氧化效果评价。采用连续相变提取纯化工艺,解决了活性成分—桉多酚提取纯化等关键技术问题,初步确定了工艺路线与技术参数,为中试生产打下基础。

回顾我国桉树科学研究几十年历程,可以概括为以下几点成就:

一是引进和选育了一批桉树良种。1981年以来,通过执行各级各类研究项目,引进和选育了良种包括巴西的巨尾桉无性系、刚果12号、东门林场培育的DH系列无性系、桉树中心的EC系列、湛江的U6、广西林科院的GL系列等,成为我国桉树人工林造林的主要品种,这些优良品种(无性系)的推广应用,为推动我国桉树人工林的发展、林浆纸一体化和人造板产业的发展发挥了主导性的作用。桉树无性系的广泛应用,使桉树人工林成为我国现代无性系林业的先锋和典范。

二是培养和锻炼了一支桉树科学研究的人才队伍。人才是一切事业的基础,三十年的桉树科学研究实践,造就了以祁述雄为代表的一批老专家,也锻炼了一批中青年专家,他们茁壮成长,现在成为了桉树研究的中坚力量。目前,我国桉树研究人才队伍已经初具规模,人才较集中的单位包括:国家林草局桉树研究开发中心、中国林科院热林所、广西林科院等。

三是取得了一批科研成果。据不完全统计,三十年来我国取得的桉树科技成果近100项,出版的相关专著近40部,发表的科技论文近5000篇。这些成果整体上达到国际先进水平,对我国桉树研究和产业发展起到重大推动作用。

四是形成了规模化的桉树产业链。在桉树科学研究的强力推动下,我国桉树人工林面积由1986年的46万公顷发展到2018年的546万公顷,面积增加了10倍多,形成了林浆纸产业、人造板产业、种苗产业、专用肥产业、桉叶油产业等一连串的产业链,为推动地方经济发展和帮助农村致富奔小康做出了重要贡献。